5G時代高校計算機技術(shù)專業(yè)的 “四新”教學

[摘 要]5G作為最新一代的移動通信技術(shù)，以其高速率、低延時、海量物聯(lián)等特點深入人們生活的各個方面。隨著5G與高等教育的不斷融合，高校教師的授課模式、授課內(nèi)容正在逐步發(fā)生變化。面對5G時代背景下的高等教育大眾化、課程思政化以及新工科建設(shè)的新環(huán)境，高校計算機專業(yè)教師應(yīng)在完善新模式、關(guān)注新內(nèi)容、體現(xiàn)新理念、打造新環(huán)境上積極探索，重塑教學生態(tài)，做好數(shù)字化教學資源建設(shè)和線上課程建設(shè)，積極推動信息技術(shù)與教育教學的深度融合。

[關(guān)鍵詞] 5G ；計算機專業(yè)；新模式；新內(nèi)容；新理念；新環(huán)境

[中圖分類號] G642? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2023） 10-0099-03

5G（5th-Generation Mobile Communication Technology）即第五代移動通信技術(shù)，是最新一代的移動通信技術(shù)。伴隨著新技術(shù)的到來，高校計算機技術(shù)專業(yè)教學也迎來了新的變革。開展以完善新模式、關(guān)注新內(nèi)容、體現(xiàn)新理念、打造新環(huán)境為核心的“四新”教學，是適應(yīng)時代發(fā)展、提高教學效果的一種有益探索。

一、5G技術(shù)的基本特征

從1987年中國正式進入1G時代開始，移動通信技術(shù)以每十年一代的發(fā)展規(guī)律，在2019年正式邁入了5G時代。[1]從1G到5G這短短的幾十年時間里，每一次通信技術(shù)的更新迭代都帶來一次新的產(chǎn)業(yè)革命，不僅加快了產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟的發(fā)展步伐，還改變著世界通信技術(shù)的新格局。2018年6月，3GPP批準了第五代移動通信技術(shù)標準，5G的獨立組網(wǎng)功能凍結(jié)標志著5G技術(shù)的正式到來。盡管5G的全部標準到2020年6月才完成，但是在2019年全球各個國家就已經(jīng)開始了5G的部署。在這期間，中國的華為、美國的Verizon和AT&T、英國的沃達豐及韓日等國家的眾多企業(yè)一起為5G的發(fā)展做出了卓越貢獻。

相比于上一代4G通信技術(shù)，5G的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：第一，通信速度特別快。增強移動寬帶（eMBB）技術(shù)使得5G網(wǎng)絡(luò)峰值速率的最大值可達20Gbit/s，是上一代4G網(wǎng)絡(luò)的一百倍；第二，5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答速度特別快。低時延高可靠通信（URLLC）技術(shù)使得5G網(wǎng)絡(luò)將延時降到毫秒級以下，最低可達4G網(wǎng)絡(luò)的1/50；第三，5G網(wǎng)絡(luò)能夠連接更多的專業(yè)設(shè)備。上一代的4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一平方公里內(nèi)最多連接5-6萬臺設(shè)備，而5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在應(yīng)用大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）技術(shù)后，可以支持一平方公里100萬臺以上的設(shè)備，滿足車站、商場、體育場等大型場景的需求。

縱觀移動通信發(fā)展的近幾十年，各個國家早已不再把移動通信技術(shù)僅僅視為科技來發(fā)展，而是把其作為核心基礎(chǔ)設(shè)施來建設(shè)，使之促進著經(jīng)濟的增長，并以此帶動相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的變革。[2]可以說，5G關(guān)系著一個國家的未來和國運，已經(jīng)成為各個國家穩(wěn)固其競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略要地。在此背景下推動計算機教學模式變革，促進創(chuàng)新技術(shù)型人才培養(yǎng)更為重要。

二、5G時代背景下“四新”教學的內(nèi)涵

從教育的視角來看，5G的發(fā)展和應(yīng)用對高等教育領(lǐng)域帶來巨大機遇。從2018年“5G+未來教育”的提出、2019年“5G+人工智能應(yīng)用創(chuàng)新實驗室”及5G高校的建成、2021年工信部開展的“5G+智慧教育”項目可以看出，國家正積極引導5G與教育的融合，探索新的高校教育、教學模式，尋求一條為教育高質(zhì)量發(fā)展的新時代路徑。[3]隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及和完善，高校教育如何順應(yīng)時代，轉(zhuǎn)換本科教學模式、教學內(nèi)容，實現(xiàn)教學改革，成為高校教育要解決的關(guān)鍵問題。作為高校教師，特別是計算機專業(yè)的教師，應(yīng)該進一步提升和完善以下幾個方面：

（一）完善的線上教學新模式

在以往的高校教學過程中，線上教學作為教學輔助的一部分，主要用于專業(yè)課程相關(guān)資料的補充來使用，在教學結(jié)構(gòu)中只占很小的比例，沒有引起大多數(shù)教師的重視。近幾年由于新冠病毒疫情的原因，各大高校加大線上教學的比例，線上教學成為教學的主要方式和手段。但是，在4G條件下的線上教學過程中，大量的問題也隨之出現(xiàn)：由于帶寬的限制、平臺的不穩(wěn)定，教師在教學過程中不能保證授課的流暢性、不能完全地掌握學生的學習狀態(tài)、不能保證與學生在課堂上的實時性互動；在線上教學的考核中，經(jīng)常會出現(xiàn)并發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)阻塞；在線上教學的實踐中，特別是硬件實驗部分，由于接觸不到硬件，使得實驗效果大打折扣。教學過程單一、趣味性差，效果達不到預期的目標。

5G網(wǎng)絡(luò)的主要特點是具有較高的數(shù)據(jù)傳輸和處理速率、較低的延時、較低的功耗和大規(guī)模設(shè)備的連接。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及會使得線上教學模式更加完善，高效的數(shù)據(jù)傳輸可以保證線上教學的流暢性；極低的延時可以讓教師與學生實現(xiàn)實時互動，教師要做的就是提高在線教學能力，熟練掌握各種應(yīng)用軟件的使用，豐富優(yōu)秀的專業(yè)教學素材，完善視頻、音頻、仿真設(shè)計平臺等教學資源數(shù)據(jù)庫。可以開展“以學生為中心”的課堂教學討論、課堂成果展示、主題演講、開發(fā)技術(shù)介紹等教學活動，激發(fā)學生的學習熱情和學習動力。充分利用現(xiàn)代化教學手段，在教學過程中采用自行編制的輔助教學軟件等進行輔助教學，增加課堂的生動性，改善課堂教學效果，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+教學”“智能+教學”的新形態(tài)?？梢詢?yōu)化相關(guān)慕課課程的實施，提高網(wǎng)絡(luò)在線答疑、翻轉(zhuǎn)課堂的效果。5G使得教學空間和教學資源巨大化，進而提高了學生的學習積極性，滿足高校教育的個性化、精準化、智慧化需求。

（二）關(guān)注與5G相關(guān)的教學新內(nèi)容

高校教育的內(nèi)容應(yīng)該是具有專業(yè)性、實踐性和先進性的，這就要求教師在教學過程中，依據(jù)本專業(yè)特點，不斷更新自己的教學內(nèi)容。在本科教學過程中，特別是計算機專業(yè)的教學中，一定要摒棄傳統(tǒng)教學內(nèi)容單調(diào)、教學方式單一的缺點，讓學生了解5G和計算機各個專業(yè)學科的緊密聯(lián)系，提高學生的學習興趣。在教學內(nèi)容上，要重點在以下幾個方面實現(xiàn)更新：

一是5G和4G有著本質(zhì)上的區(qū)別。比如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的呈現(xiàn)方式不同、控制面和用戶面的分離不同，還有網(wǎng)絡(luò)的接口和相關(guān)協(xié)議也不相同。這些不同不僅僅是技術(shù)上的升級換代，還成為加快社會相關(guān)各個產(chǎn)業(yè)升級及經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，而學生對5G的深刻認識可以為5G的應(yīng)用打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。二是5G技術(shù)加速了物聯(lián)網(wǎng)（loT）及相關(guān)技術(shù)的實現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的目的就是要所有的東西都能上網(wǎng)，而5G的到來，就可以真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)這個目標。三是5G的實現(xiàn)會使得人工智能（AI）得到飛躍發(fā)展。當物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)之后，每一個單獨設(shè)備里面的人工智能就互相聯(lián)系起來了，所有的數(shù)據(jù)收集完之后，匯總到中央計算機上的AI中，它來管理所有這些基站，并將信息提供給使用者。而云計算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)課程內(nèi)容也同樣與5G有著密切聯(lián)系，計算機專業(yè)的教師應(yīng)與時偕行，將5G協(xié)同這些專業(yè)技術(shù)深度融合，創(chuàng)建新型的教學方式，跟上時代的步伐，推動高等教育的個性化、智能化發(fā)展。

5G的逐步完善和實現(xiàn)也帶來了一些新概念，比如元宇宙（Metaverse）和區(qū)塊鏈。2021年世界最大的社交媒體軟件公司Facebook將公司的業(yè)務(wù)從原來的社交媒體，轉(zhuǎn)向虛擬世界的打造，而這個虛擬的世界就是元宇宙。應(yīng)用VR技術(shù)，元宇宙可以改變目前視頻場景的“違和感”，創(chuàng)造真實場景氛圍。當然要實現(xiàn)一個非常完美的虛擬世界，還需要一個非常重要的技術(shù)——區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈是一種全新的思維方式，它通過信息共享來保證網(wǎng)絡(luò)中大量交互數(shù)據(jù)的安全性，所以區(qū)塊鏈技術(shù)也被稱為未來的核心技術(shù)。這些技術(shù)與5G完美結(jié)合，必將改變我們的生活，改變世界格局。要讓學生知道這些前沿的技術(shù)和概念，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力，建立多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式。

（三）體現(xiàn)課程思政新理念

課程思政以構(gòu)建全員、全程、全方位育人格局的形式，讓各類課程與思想政治教育同向同行，是把“立德樹人”作為教育根本任務(wù)的一種綜合教育理念。[4]在高校課程思政建設(shè)中，教師是教書育人實施的主體，也是課堂教學的第一責任人，課程內(nèi)容的策劃、教學方式的選擇、課堂的管理都需要教師的積極投入和深入思考。

通過引導學生回顧中國網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展史，無疑是我們進行課程思政的一個成功案例。縱觀網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)這幾十年的發(fā)展歷程，在我國的發(fā)展絕不是一帆風順的。從1G的全面落后、2G的艱難起步、3G的突破，到后來4G的后來居上、5G的全面超越，體現(xiàn)了中國強大的綜合國力，也體現(xiàn)了用科技增強國家競爭力的堅定信念。以“華為”為代表的中國企業(yè)在這個過程中起到了關(guān)鍵性的作用。同時，“中興”“大唐電信”兩大企業(yè)的逐漸崛起，讓美國感到不安，于是對我國企業(yè)的全面圍攻正式開啟。之后的“芯片事件”“孟晚舟事件”等，讓國人認清了美帝國主義的真實面目。“華為”和“中興”不肯甘居人后，又扛起了5G芯片研發(fā)的大旗，并且在2019年正式發(fā)布了自主研發(fā)的首款5G芯片——“巴龍5000”。高校教師可以把這些具有代表性的事件，以案例等多種形式加入到課程思政的內(nèi)容中，明確事件的時代意義，對學生進行愛國主義教育，培養(yǎng)學生錘煉精品的工匠精神，堅定責任主體意識，提升學生的科技強國意識和競爭意識，讓學生對科技強國有更為深刻的認知?？傊?，課程思政建設(shè)要切實發(fā)揮課堂育人主陣地作用，實現(xiàn)價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)、知識傳授相統(tǒng)一，達到立德樹人的目的。

（四）打造5G時代的教學新環(huán)境

基于5G網(wǎng)絡(luò)，高校教師可以借助VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）、XR（擴展現(xiàn)實）構(gòu)建新的教學環(huán)境。基于VR/AR技術(shù)教學的優(yōu)勢在于更直觀、更真實、更易于理解，并且由于實時反饋，師生的互動性更好。[5] 5G使得VR的應(yīng)用更加完美、更加人性化。全新的教學環(huán)境能使學生更加自主化地學習，不受帶寬和地點的限制。對于學生來說可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)無差別學習，真正實現(xiàn)教育均衡，提高教育的可及行；對于教師而言，可以讓他們有更多的時間設(shè)計更好的教學形式和內(nèi)容，進而實現(xiàn)人性化管理，提高教育資源利用率。教師可以使用一些可靠、成熟的軟件構(gòu)建教學環(huán)境，對于計算機專業(yè)的教師來說，還可以指導學生設(shè)計、開發(fā)符合自己需求的環(huán)境，提高學生解決實際問題的能力。

高校教師還應(yīng)該充分應(yīng)用5G相關(guān)技術(shù)，與教學內(nèi)容、教學資源有效結(jié)合，積極探索各個專業(yè)間的跨界合作模式及與企業(yè)合作創(chuàng)新的模式。在相關(guān)專業(yè)間的跨界合作中，其他專業(yè)的知識可以通過學生自學和選修相關(guān)課程來掌握?？缃绾献鳌⑿Ｆ蠛献鞯哪Ｊ讲粌H可以拓寬專業(yè)教師的視野，還可以拓寬專業(yè)知識的應(yīng)用范圍。對于高校學生，不僅能培養(yǎng)學生的團隊合作精神，更能讓學生及早認識到社會的需求以及所學專業(yè)的應(yīng)用前景。作為計算機專業(yè)的高校教師，應(yīng)該優(yōu)化以實踐項目為依托的教學模式，創(chuàng)建新的教學實踐訓練場景模式。在課程實踐和實驗設(shè)計中，做到進一步以項目驅(qū)動為核心，加大工程實踐技術(shù)的比重，充分發(fā)揮計算機專業(yè)的應(yīng)用特性，面向?qū)W生就業(yè)需求修訂課程教學內(nèi)容。為加強學生團隊協(xié)調(diào)和合作能力，在實踐類和實驗類課程中可以增加以組為單位的合作實驗內(nèi)容。在考核的過程中，為適應(yīng)工程專業(yè)的實踐能力要求，可以依照“工程認證”的模式，引入達成度的考核機制。總之，所有的改革創(chuàng)新都要以學生為中心，突出高校專業(yè)教學的特殊性，有針對性地培養(yǎng)5G技術(shù)人才。

三、“四新”模式展望

教學改革絕非是一蹴而就的事情，特別是5G時代背景下，教學、資源、環(huán)境的改革過程中更要加入反饋、評價機制，并依此做出調(diào)整，“呼喚新型豐富規(guī)則”“呼喚新型價值導向”[6]。完善的反饋、評價機制可以使課程改革進入良性迭代狀態(tài)，進而使教學改革更加實用、更加平等、更加安全。最終達到重塑教學生態(tài)，做好數(shù)字化教學資源建設(shè)和線上一流課程建設(shè)工作，積極推動信息化與教育教學深度融合。路漫漫其修遠兮，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還在以飛快的速度繼續(xù)發(fā)展著，6G通訊技術(shù)也將如期而至。目前，我國已經(jīng)著手開始6G技術(shù)的探索，并且走在了世界前列，相信我國在經(jīng)歷從1G的空白到5G的領(lǐng)跑過程之后，在6G的道路上能夠繼續(xù)取得輝煌成就，而高校的“四新”教學模式也將會有新的內(nèi)涵充實，助推計算機教學更好地服務(wù)社會。

參考文獻：

[1] 吳越，楊進中.5G時代下教學模式發(fā)展新趨勢[J].教育教學論壇，2021（1）：133-136.

[2] 梅雅鑫.“5G+AI”強強聯(lián)合加速10億5G終端落地[J].通信世界，2019（9）.

[3] 嚴露，肖黎明.“5G+”教學模式對教師教育改革的啟示[J].教師，2020（32）：98-99.

[4] 趙蒙成.構(gòu)建“課程思政”生態(tài)圈[N].中國教育報，2019-05-07.

[5] 袁麗平.基于5G的VR/AR在高等教育教學的應(yīng)用[J].現(xiàn)代科技，2020，4（18）：190-192.

[6] 劉春媛.基于IP協(xié)議理論的網(wǎng)絡(luò)媒介傳播研究[J].文藝評論，2019（1）：116-122.

（責任編輯：王義祥）

“Four new” Teaching Modes of Computer Technology Majors in Colleges and Universities in 5G Era

Xu Wei

（School of Computer Science and Technology， Heilongjiang University）

Abstract： 5G， as the latest generation of mobile communication technology， has penetrated into all aspects of people's life with its high speed， low latency， massive Internet of things， etc. The teaching mode and content are changing gradually with the continuous integration of 5G with higher education. With the continuous integration of 5G and higher education， the teaching mode and content of college teachers are gradually changing. Facing the new environment of massification of higher education， the ideology and politics of curriculum and the construction of new engineering disciplines in the context of 5G era， teachers of computer science majors in colleges and universities should actively explore the new mode， pay attention to the new content， embody the new concepts and create a new environment， reshape the ecology of teaching and do a good job in the construction of digital teaching resources and online course construction， and actively promote the in-depth fusion of information technology and education and teaching.

Key words： 5G ; Computer? Majors ; New mode; New content; New concept; New environment

基金項目：黑龍江大學高等教育教學改革工程項目：“5G時代背景下計算機專業(yè)教學模式研究”（2021C24）。

作者簡介：徐為（1979—），男，博士，副教授，研究方向：計算機科學與技術(shù)。